Способ тонколистовой прокатки алюминиевых сплавов

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2615958:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" (ФГБОУ ВПО "МГТУ") (RU)

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления высокопрочных тонких полос и листов из алюминиевых сплавов. Способ включает прокатку тонкой полосы из алюминиевых сплавов в двух валках с рассогласованием их окружных скоростей по меньшей мере в два раза и с единичной степенью деформации не менее 50% до суммарной степени деформации 75-95%. Одновременное повышение прочностных и пластических свойств изделий в условиях интенсификации процесса фрагментирования зерен металла путем активизации процесса механического двойникования и повышения плотности дислокаций под действием больших сдвиговых деформаций, а также подавления процессов динамического возврата и рекристаллизации в условиях криогенных температур обеспечивается за счет того, что перед прокаткой тонкую полосу охлаждают до -153÷-196°С, а сразу после прокатки полосу нагревают до температуры 20-25°С со скоростью 100-400°С/с. 2 табл.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления высокопрочных тонких полос и листов из алюминиевых сплавов.

Известен способ производства листов из алюминиевых сплавов, включающий продольную холодную прокатку листов в температурном интервале от -80 до -196°С с суммарным относительным обжатием 35-99% (см. патент РФ №2463116, В21В 3/00).

Недостаток известного способа заключается в том, что изготавливаемые листы из алюминиевого сплава, имея достаточно высокие прочностные свойства, обладают при этом низкими пластическими свойствами из-за незначительности вклада механического двойникования в процесс деформации, что снижает эффективность фрагментирования зерен металла.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ производства холоднокатаных полос и листов из различных металлов и сплавов, включающий холодную прокатку тонкой полосы до суммарной степени деформации 75-95% с единичной степенью деформации не менее 50% в валках с шероховатостью 6,0-12,0 мкм Ra и соотношением окружных скоростей V₁≥2V₂ (см. патент РФ №2542212, В21В 1/28).

Хотя указанный способ позволяет повысить прочностные свойства металла, однако его пластические свойства при этом остаются низкими. Это связано с тем, что при прокатке полосы или листа с вышеуказанными режимами фрагментирование структуры металла при деформации происходит преимущественно по механизму дислокационного скольжения, а это приводит к снижению пластических свойств металла.

Задача, решаемая изобретением, заключается в изготовлении тонких алюминиевых полос и листов, обладающих одновременно высокими прочностными и пластическими свойствами.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, заключается в интенсификации процесса фрагментирования зерен металла за счет активизации процесса механического двойникования и повышения плотности дислокаций под действием больших сдвиговых деформаций, а также подавления процессов динамического возврата и рекристаллизации металла в условиях криогенных температур.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе тонколистовой прокатки алюминиевых сплавов, включающем прокатку тонкой полосы в двух валках с рассогласованием их окружных скоростей, по меньшей мере, в два раза и с единичной степенью деформации не менее 50% до суммарной степени деформации 75-95%, согласно изобретению перед прокаткой тонкую полосу охлаждают до температуры -153÷-196°С, после чего ее нагревают до температуры 20-25°С со скоростью 100-400°С/с.

Известна прокатка листов из алюминиевого сплава при криогенной температуре, обеспечивающая повышение прочностных свойств металла за счет вытягивания и диспергирования зерен путем деформации по механизму дислокационного скольжения (см. патент РФ №2463116, В21В 3/00).

В заявляемом способе тонколистовая прокатка при температуре в диапазоне -153÷-196°С, также как и в известном способе, предназначена для увеличения плотности дислокаций и измельчения зеренной структуры алюминиевых сплавов.

Известно, что для предотвращения разупрочнения металла вследствие термически активационных процессов, например, возврата, после криогенной прокатки металл нагревают до комнатной температуры (см. Васильев М.А., Волошко С.М., Яценко Л.Ф. Микроструктура и механические свойства металлов и сплавов, деформированных в жидком азоте (обзор) // Успехи физики металлов. 2012. Т. 13. С. 303-343).

В заявляемом способе нагрев металла до температуры 20-25°С после криогенной прокатки также предназначен для предотвращения разупрочнения металла вследствие термически активационных процессов.

Однако наравне с вышеуказанными известными техническими свойствами, в заявляемом способе тонколистовой прокатки алюминиевых сплавов совокупность отличительных признаков проявляет новый технический результат, заключающийся в интенсификации процесса фрагментирования зерен металла за счет активизации процесса механического двойникования и повышения плотности дислокаций под действием больших сдвиговых деформаций, а также подавления процессов динамического возврата и рекристаллизации в условиях криогенных температур. В результате этого достигается значительное повышение прочностных и пластических свойств изготавливаемых тонких алюминиевых полос и листов.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ тонколистовой прокатки алюминиевых сплавов не следует явным образом из известного уровня техники и, следовательно, соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Способ тонколистовой прокатки алюминиевых сплавов осуществляют следующим образом.

Предварительно тонкую полосу из алюминиевого сплава охлаждают в жидком азоте до температуры -153÷-196°С, после чего ее прокатывают в двух приводных валках с рассогласованием их окружных скоростей, по меньшей мере, в два раза. При этом прокатку осуществляют с единичной степенью деформации не менее 50% до суммарной степени деформации 75-95%. Это позволяет обеспечить при прокатке металла активизацию процесса механического двойникования за счет создания больших сдвиговых деформаций при криогенной температуре металла. В результате структура металла становится фрагментированной, а плотность дислокаций повышается по границам зерен. Одновременно с этим предотвращаются процессы динамического возврата и рекристаллизации металла. В совокупности это приводит к повышению прочностных и пластических свойств металла. Для стабилизации (фиксации) полученной структуры и свойств металла сразу после прокатки полосу нагревают до температуры 20-25°С со скоростью 100-400°С/с.

Осуществлять тонколистовую прокатку в приводных валках с рассогласованием их окружных скоростей менее чем в два раза, и с единичной степенью деформации менее 50% нецелесообразно, так как при этом уменьшается интенсивность сдвиговой деформации, а основным механизмом деформации является дислокационное скольжение. В результате значительно снижаются прочностные и пластические свойства алюминиевых сплавов.

Осуществлять прокатку алюминиевых сплавов при температуре выше -153°С и с суммарной степенью деформации меньше чем 75%, нецелесообразно, так как получаемый при этом размер фрагментов зерна и плотность дислокаций в металле будут недостаточными для получения высоких прочностных и пластических свойств металла.

Если температура прокатки алюминиевого сплава будет ниже чем -196°С, а суммарная степень деформации больше 95%, то вследствие снижения ресурса технологической пластичности металла произойдет охрупчивание и разрушение прокатываемого изделия.

Осуществлять нагрев полосы после прокатки со скоростью менее 100°С/с и до температуры ниже 20°С нецелесообразно, так как структура металла в этом случае становится термически нестабильной и разнозернистой, что значительно снижает прочностные и пластические свойства изделия.

Нагрев полосы после прокатки до температуры выше 25°С приводит к снижению прочностных свойств металла изделия из-за термически активационных процессов его разупрочнения, например, возврата или рекристаллизации.

Если нагрев полосы после прокатки осуществлять со скоростью, превышающей 400°С/с, то это приведет к значительному повышению термических напряжений в металле, и соответственно, к появлению в нем трещин и разрывов.

Таким образом, новая последовательность и режимы выполнения операций заявляемого способа позволяет получить фрагментированную структуру металла с высокой плотностью дислокаций по границам зерен за счет активизации процесса механического двойникования под действием больших сдвиговых деформаций, а также активного подавления процессов динамического возврата и рекристаллизации в условиях криогенных температур.

Для обоснования преимуществ заявляемого способа тонколистовой прокатки алюминиевых сплавов были проведены 15 экспериментов. Исходную заготовку в виде полосы толщиной 4,0 мм из алюминиевого сплава марки АМг6 погружали в жидкий азот и охлаждали до температуры в диапазоне от -153 до -196°С, а затем прокатывали в двух приводных валках диаметром 400 мм, окружные скорости которых в каждом проходе отличались не менее чем в два раза. Прокатку проводили с единичной степенью деформации не менее 50% на сухих валках без использования технологической смазки.

Эксперименты №1-3 проводили в соответствии с заявляемыми режимами, указанными в формуле изобретения;

эксперименты №4-13 - с режимами, выходящими за заявляемые пределы;

эксперименты №14-15 - по прототипу.

Режимы прокатки приведены в таблице 1, а результаты испытаний - в таблице 2.

Результаты испытаний показали, что полоса из алюминиевого сплава, изготовленная по заявляемому способу (эксперименты №1-3), в сравнении с

прототипом (эксперименты №14-15), имеет высокие прочностные и пластические свойства, а именно:

- предел текучести металла повышается на 8-13%;

- временное сопротивление разрыву металла повышается на 10-16%;

- относительное удлинение возрастает в 1,5-2,0 раза.

Изготавливать алюминиевую полосу по режимам, выходящим за заявляемые пределы, нецелесообразно, так как при этом снижаются прочностные и пластические свойства металла (эксперименты №4-6, 8, 10-12) или образуются трещины и разрывы (эксперименты №7, 9, 13).

На основании вышеизложенного, можно сделать вывод, что заявляемый способ тонколистовой прокатки алюминиевых сплавов работоспособен, может найти широкое применение в области прокатки высокопрочных изделий и, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Способ тонколистовой прокатки алюминиевых сплавов, включающий прокатку тонкой полосы в двух валках с рассогласованием их окружных скоростей по меньшей мере в два раза и с единичной степенью деформации не менее 50% до суммарной степени деформации 75-95%, отличающийся тем, что перед прокаткой тонкую полосу охлаждают до температуры -153÷-196°C, а после прокатки ее нагревают до температуры 20-25°C со скоростью 100-400°C/с.

Изобретение относится к области прокатки, в частности холодной прокатки металлической полосы (2). Прокатный стан содержит по меньшей мере одну клеть (1) холодной прокатки, расположенный перед клетью (1) холодной прокатки разматыватель (3), при этом между разматывателем (3) и клетью (1) холодной прокатки промежуточно расположен блок (10), который состоит по меньшей мере из трех приводимых во вращение вокруг соответствующей оси (6А, 7А, 8А) вращения роликов (6, 7, 8), при этом предусмотрена возможность перестановки каждого из этих роликов (6, 7, 8) по отдельности или совместно в направлении соответствующей оси (6А, 7А, 8А) вращения или в направлении поперек оси (6А, 7А, 8А) вращения с помощью приводного и регулировочного устройства (11).

Способ холодной прокатки полос // 2596566

Изобретение относится к технологии дрессировки отожженных стальных полос на одноклетевом дрессировочном стане с использованием моталки и разматывателя. Способ включает прокатку с относительными обжатиями 0,5-2% с приложением заднего и переднего натяжений.

Способ производства холоднокатаного проката для упаковочной ленты // 2592609

Изобретение относится к технологии производства холоднокатаного проката, предназначенного для изготовления упаковочной ленты. Повышение механических свойств, их стабильности и однородности по длине полосы обеспечивается за счет того, что способ включает горячую прокатку полосы из стали, имеющей регламентированный состав, ее смотку, травление, холодную прокатку, термообработку, согласно которому температуру раската перед чистовой группой клетей поддерживают в диапазоне 1050-1200°С, горячую прокатку ведут с суммарным относительным обжатием не менее 90%, температуру конца прокатки и смотки поддерживают в диапазонах 810-880°С и 480-570°С соответственно, холодную прокатку ведут с суммарным относительным обжатием не менее 62%.

Способ обработки металлической полосы и устройство для его осуществления // 2544728

Изобретение относится к области прокатного производства металлической полосы. Снижение продольной и поперечной разнотолщинности полосы обеспечивается за счет того, что в способе обработки металлической полосы пластической деформацией, включающем прокатку с охватом передним концом полосы ведущего валка и охватом задним концом полосы ведомого валка с углом охвата в пределах π≤φ1 и φ0 < 2π радиан, соответственно, с рассогласованием окружных скоростей валков и обеспечением снижения натяжения концов полосы, снижают силы переднего и заднего натяжений на свободных концах полосы путем подачи смазочно-охлаждающей жидкости в зазор между ведущим и ведомым валками и полосой на входе полосы в валки.

Способ производства холоднокатаной полосы // 2542212

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления полосы с прочностными свойствами в 1,2-1,4 раза выше, чем у прототипа.

Способ производства низкоуглеродистой стали // 2535841

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при получении холоднокатаных листов толщиной 0,4-1,8 мм из низкоуглеродистой стали марки 08ЮТР для получения изделий методом глубокой вытяжки.

Способ производства бескремнистой листовой динамной стали // 2535840

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при получении бескремнистой листовой изотропной электротехнической стали толщиной 0,2-1,8 мм.

Способ холодной прокатки полос // 2534696

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано на непрерывных станах для холодной прокатки полос и лент из высокопрочных сталей и сплавов.

Способ холодной прокатки полосы на многоклетевом непрерывном стане // 2532574

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано на многоклетевых непрерывных станах при холодной прокатке полосы из стали или сплавов цветных металлов из горячекатаного подката.

Способ производства холоднокатаного проката для упаковочной ленты // 2529325

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее к технологии прокатки и термической обработки металлов, и может быть использовано при производстве высокопрочной холоднокатаной полосы из углеродистой стали в нагартованном состоянии толщиной 0,8-1,0 мм и массой 17-26 т для получения упаковочной ленты.

Способ холодной прокатки металлических профилей // 2617191

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления металлических профилей с повышенными прочностными свойствами. Продольную прокатку металла производят в клети с двумя трехвалковыми калибрами, образующими между собой максимально сближенные очаги деформации. Повышение прочностных свойств изготавливаемых металлических профилей за счет создания в металле фрагментированной структуры с высокой плотностью дислокаций обеспечивается за счет того, что прокатку осуществляют в валках с шероховатостью 3,0-9,0 мкм Ra и логарифмическим коэффициентом вытяжки в каждом калибре не менее 0,4, при этом окружные скорости валков регламентированы математической зависимостью. Осуществление заявляемого способа позволяет создать сложную схему напряженно-деформированного состояния, включающую одновременно высокие деформации всестороннего сжатия и сдвига. 6 ил., 2 табл.

Способ производства электротехнической стали // 2621205

Изобретение относится к области металлургии. Для уменьшении шероховатости поверхности полосы, что приводит к уменьшению удельных магнитных потерь на 10%, способ производства полосы из электротехнической стали включает выплавку и разливку стали, горячую прокатку, две холодные прокатки полосы в рабочих валках клети прокатного стана, обезуглероживающий отжиг, нанесение термостойкого покрытия, высокотемпературный отжиг и выпрямляющий отжиг полосы с нанесением электроизоляционного покрытия, при этом после окончательной холодной прокатки осуществляют обжатие полосы со степенью не более 10% для уменьшения шероховатости ее поверхности путем протяжки холоднокатаной полосы через рабочие валки стана при отключенном приводе. Предложенный способ очень технологичен, так как обжатие можно провести путем протяжки полосы на стане для холодной прокатки при отключенном приводе рабочих валков с помощью моталок, без привлечения дополнительного оборудования. Операция обжатия обеспечивает весьма гладкую поверхность и необходимую планшетность полосы электротехнической стали. 1 табл.

Способ тонколистовой прокатки алюминиевых сплавов // 2622195

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления высокопрочных тонких листов и полос из алюминиевых сплавов. Способ включает холодную прокатку полосы в двух валках при рассогласовании их окружных скоростей до суммарной степени деформации 75-95% с минимальной единичной степенью деформации 50%. Повышение прочностных свойств изделий за счет создания фрагментированной структуры металла с высокой плотностью дислокаций в условиях отсутствия термически активационных процессов разупрочнения при деформационном разогреве металла в очаге деформации обеспечивается путем проведения прокатки с регламентированными окружными скоростями валков, при этом максимальную единичную степень деформации при прокатке полосы задают не более 75%, а после каждого прохода полосу охлаждают до температуры 20-25°С. 2 табл.

Способ прокатки металлических листов // 2622196

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления высокопрочных тонких листов из металлических материалов, в том числе из алюминиевых сплавов. Повышение прочностных свойств металла одновременно как по длине, так и по ширине листа за счет создания в нем пространственно-равномерной фрагментированной структуры металла с высокой плотностью дислокаций обеспечивается путем осуществления прокатки тонкого листа в двух валках с рассогласованием их окружных скоростей по меньшей мере в два раза и с единичной степенью деформации не менее 50% до суммарной степени деформации 75-95%, при этом прокатку осуществляют за два или четыре прохода, причем в каждом проходе, начиная с первого, задают одинаковое рассогласование окружных скоростей валков и одинаковую единичную степень деформации металла, а между проходами осуществляют поворот листа в плоскости прокатки на угол 90°. 2 табл.

Способ изготовления восстановительно отожженной покрытой стальной основы для упаковочных применений и полученный упаковочный стальной продукт // 2631217

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения коррозионной стойкости упаковочной ленты способ включает получение сляба из стали, содержащей, мас.%: C 0,003 или менее, N 0,004 или менее, Mn от 0,05 до 0,5, P 0,02 или менее, Si 0,02 или менее, S 0,03 или менее, Al 0,1 или менее, железо и неизбежные примеси - остальное, горячую прокатку сляба при конечной температуре выше или равной температуре фазового перехода Ar3, однократную или двукратную холодную прокатку ленты, причем при двукратной холодной прокатке проводят рекристаллизационный отжиг между стадиями холодной прокатки, электроосаждение слоя олова по меньшей мере на одну сторону ленты, причем масса покрытия слоя олова или слоев на одной или обеих сторонах ленты составляет не более 1000 мг/м2; отжиг ленты с покрытием путем ее нагрева со скоростью, превышающей 300°C/с, до температуры Та от 513 до 645°C с выдержкой при Та в течение времени ta с обеспечением преобразования слоя олова в слой сплава железо-олово, который содержит по меньшей мере 90 мас.%, предпочтительно 95 мас.% FeSn с 50 ат.% железа и 50 ат.% олова, с получением восстановленной микроструктуры стали при отсутствии рекристаллизации стальной ленты, подвергнутой холодной прокатке, и быстрое охлаждение ленты с покрытием со скоростью по меньшей мере 100°C/с. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 табл.

Способ производства подвергнутой восстановительному отжигу стальной подложки с покрытием для упаковочных применений и изделие из упаковочной стали, полученное с его помощью // 2633125

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения коррозионной стойкости стального листа способ включает получение сляба из стали, содержащей, мас.%: С 0,05 или менее, N 0,004 или менее, Mn от 0,05 до 0,5, P 0,02 или менее, Si 0,02 или менее, S 0,03 или менее, Al 0,1 или менее, при необходимости один или более элементов из: Nb от 0,001 до 0,1, Ti от 0,001 до 0,15, V от 0,001 до 0,2, Zr от 0,001 до 0,1, B от 5 до 50 ppm, Fe и неизбежные примеси - остальное, горячую прокатку при конечной температуре, большей или равной температуре превращения Ar3, однократную холодную прокатку с получением подложки, электроосаждение слоя олова на одну или обе стороны подложки с получением луженого стального листа для упаковочных применений, причем масса покрытия слоя олова или слоев составляет не более 1000 мг/м2, отжиг луженого упаковочного стального листа путем его нагрева со скоростью более 300°С/с до температуры Ta от 513°C до 645°C с выдержкой в течение времени ta с преобразованием слоя олова в слой железо-оловянного сплава, содержащего, по меньшей мере, 90, предпочтительно 95 мас.% FeSn с 50 ат.% Fe и 50 ат.% Sn, и охлаждение со скоростью по меньшей мере 100°С/с. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 табл.

Способ изготовления деталей с низкой волнистостью из гальванически оцинкованного металлического листа и соответствующие деталь и транспортное средство // 2636217

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения коррозионной стойкости детали способ её изготовления включает стадии холодной прокатки подложки (3) с использованием рабочих валков, рабочая поверхность которых имеет шероховатость Ra2.5 меньшую или равную 3,6 мкм; нанесения металлического покрытия (7) по меньшей мере на одной поверхности (5) отожженной подложки (5) с помощью электролитического осаждения с образованием металлического листа (1); деформирования отрезанного металлического листа (1) с формированием деталей, при этом внешняя поверхность (21) металлического покрытия (7) после проведения стадии деформирования имеет волнистость Wa0,8 меньшую или равную 0,5 мкм. 3 н. И 15 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Плоский прокат из металлического материала, применение плоского проката, валок и способ для изготовления плоского проката // 2637733

Изобретение относится к области прокатки, плоского проката из металлического материала, в частности из стального материала, к его применению, способу и валку для его изготовления. Для улучшения трибологических свойств и условий для нанесения лакового покрытия плоский прокат имеет детерминированную структуру поверхности, которая имеет большое количество углублений с глубиной в пределах от 2 до 14 мкм, причем углубления осуществлены I-образными, Н-образными, крестообразными, С-образными или Х-образными. Структура поверхности имеет количество пиков RPc в пределах от 45 до 180 1/см, среднюю арифметическую шероховатость Ra в пределах от 0,3 до 3,6 мкм и среднюю арифметическую волнистость Wsa в пределах от 0,05 до 0,65 мкм. Валок текстурирован с применением лазера и имеет детерминированную структуру поверхности с большим количеством перекрывающих друг друга чашевидных углублений соответствующей формы. Структура поверхности валка, измеренная в направлении валка, отличается количеством пиков RPc в пределах от 80 до 180 1/см, средней арифметической шероховатостью Ra в пределах от 2,5 до 3,5 мкм и средней арифметической волнистостью Wsa в пределах от 0,08 до 1,0 мкм. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 15 ил.